浅谈多热源梯级联合供热运行技术应用

王昊

【摘 要】近年来我国采暖热负荷增长迅速，采暖能耗占建筑总能耗的比例逐年提高，集中供热导致的季节性大气污染问题也日益严重。为改善现状，在我国能源结构调整的背景下，多热源梯级联合供热系统逐渐得到更多的应用[1]。本文以天津市热力有限公司某供热站为例，采用热电联产调峰首站换热机组和燃气热水锅炉供热为主，并辅以地源热泵机组以及烟气冷凝热回收机组，通过热源的合理利用，构建多能源互补利用的梯级联合供热运行模式，提升了供热系统的安全性与稳定性，收到了较好的经济效益和环保效益。

【关键词】热电联产;调峰首站;烟气余热回收;吸收式热泵;地源热泵

中图分类号： TU995 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）24-0102-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.047

1 项目概况

天津市热力有限公司某供热站锅炉房装机容量为4台58MW燃气热水锅炉，供暖面积320万平米。根据锅炉房的装机容量，配置四套共计11.6MW余热回收系统，用于减少锅炉房天然气耗量，充分利用排放的烟气中的余热，达到节能减排的目的。2018年，为了提升热源保障能力、降低供热运行成本，在该供热站建设了5台30.4MW板式换热器，可以充分利用热电联产集中供热，为该供热站供热区域供暖。同时，充分利用地热资源，通过合理规划采暖方式和采用热泵技术等方式，配备了装机规模8.2MW和3.9MW的A、B两个地热中心，降低地热回灌温度，实现地热梯级利用，提高地热利用率。该供热站采用地热间接供热方式。一方面可以避免地热流体对供热系统的腐蚀，延长系统使用寿命;另一方面，可以实现地热源水回灌，减少地热流体直接排放造成的环境污染，节约排污费用，实现地热资源的可持续开发。通过采用采用热电联产集中供热、燃气锅炉调峰为主要热源供应，锅炉烟气冷凝热回收+地热高效利用作为辅助补充的多热源梯级联合供热技术，实现了清洁能源的高效利用、烟气余热深度回收的多热源联合供热。

2 技术路线

2.1 燃气热水锅炉

该供热站装机容量为4台58MW燃气热水锅炉，2015年完成煤改燃工程，采用3台锅炉运行1台锅炉备用的设置模式，单台锅炉供暖期间，每小时的耗气量约为5800m3，在极寒天气时，需至少运行3台锅炉，每天的耗气量高达20万Nm3。

2.2 热电联产调峰首站

2018年，为了提升熱源保障能力，降低供热站运行成本，实现与热电联产供热管网联网、调峰运行的功能，需要对锅炉房进行改造。由于现状热电厂供热一次管网内的热水达不到到锅炉运行时水质的要求，因此需要设置5台调峰换热首站板式换热器，将热电厂一次管网热水与锅炉循环热水隔离开来。

该供热站装机规模232MW，现状供热面积320万平方米，经过水力工况分析发现在供热初、末期热电厂能够为其全部用户正常供热，在深冷季节或热电管网故障时，需要启动燃气锅炉房自行供热或对外供热。其首站运行工况主要有以下几种方式：

（1）在供热初、末期用户所需热量较少时，不开启燃气锅炉房，利用热电厂的热量通过调峰首站换热为锅炉房原有用户供热。

（2）在深冷季，热电厂难以为锅炉房全部用户供热时，开启燃气锅炉房，同时根据实际情况，锅炉房既可以与热电厂联网运行，也可以单独解列运行。

（3）在热电厂管网发生故障时，调峰锅炉房作为保障热源能够为热电厂管网提供热量。

2.3 燃气热水锅炉烟气冷凝热回收技术

2.3.1 能量回收器原理

能量回收器中机组抽气装置抽除了机组内的不凝性气体，并保持其一直处于高真空状态。稀溶液泵将吸收器中的稀溶液抽出，经溶液热交换器升温后进入发生器，在发生器中被燃气燃烧产生的高温烟气继续加热，浓缩成浓溶液，同时产生高温水蒸汽。浓溶液经热交换器传热管间，加热管内流向发生器的稀溶液后，温度降低后回到吸收器。发生器中产生的高温水蒸汽流入冷凝器内，加热流经冷凝器传热管内的热水，放出热量后冷凝成余热水，经 U形管节流进入闪蒸室。因闪蒸室中压力较低，进入闪蒸室的余热水一部分闪蒸成水蒸汽，另一部分余热水则因热量被闪蒸的那一部分带走而降温成饱和温度的余热水，流入吸收器底部液囊。进入吸收器余热水液囊的水被余热水泵（冷剂泵）抽出送往烟气取热器吸取热量后再次进入闪蒸室。进入吸收器的浓溶液吸收水蒸汽后浓度变稀，流入底部溶液液囊，由溶液泵送入热交换器后进入发生器。

来自用户热水系统的低温热水流经吸收器传热管内，被管外吸收热加热，温度升高后进入冷凝器，在冷凝器内被管外高温水蒸汽继续加热，温度再次上升后流出机组，进入用户用热系统。这个过程不断循环进行，即可不断地回收烟气热量并制取所需温度的热水。

2.3.2 燃气热水锅炉余热回收装置的工作原理

当燃气锅炉正常运行时，节能系统风机抽取适量锅炉烟气经混合器、烟气取热器降温后经新建烟囱排入大气。调整热网回水管路上的阀组，打开能量回收器进出口阀门，调节阀门旁路阀门开度，部分热网回水进入能量回收器。能量回收器以天然气为驱动热源，提取烟气取热器中余热水的烟气热量，将热网回水加热。被加热后的热网回水，进入燃气锅炉，继续被加热至合适温度后，对外供热。锅炉烟气经冷凝后温度降低，烟气中的水蒸气凝结后可回收，因此本系统对于节能、节水、提高系统的综合利用效率都有重要意义。

2.4 供热站地热高效利用技术

该供热站地热供热站使用了热泵机组来实现地热回灌技术和梯级利用技术，首级热泵中选用的高温热泵机组蒸发器侧进水温度可达37℃，机组效率可在9.3以上，地热系统整体供热效率可达8.0以上，对地热水资源的100%回灌的同时，让地热资源得到最大化利用，地热尾水排放温度在全采暖季控制在15℃以下，大大优于常规地热项目，年可实现对外输出热量约8万GJ，节省天然气消耗量约233万m3。

3 运行实例

该供热站2018-2019采暖季，开始采用热电联产调峰+燃气锅炉+锅炉烟气冷凝热回收+地热高效利用的多热源梯级联合供热技术，实现了清洁能源高效利用、烟气余热深度回收、多热源联合供热。

根据室外供热温度曲线，计算出该供热站在不同室外温度下（-9℃-9℃）的多热源梯级联合供热热量分配表，并根据此表结合热电联产调峰量及地热供热量，给出相应的锅炉自产热量。例如：2018-2019采暖季，当调峰首站提供热量288GJ/时、地热提供热量25GJ/时的时候，通过查询表格，可以在不同室外温度下的燃气锅炉自产的热量及相对应出燃气余热回收系统产生的热量。从而可根据不同室外温度，调节燃气锅炉运行负荷，从而实现多热源联合供热自适应调节，避免热量的浪费。

4 实施效果

2018-2019采暖季，该供热站供热量总计为1041059.4GJ，其中热电调峰热量622365GJ，占总热量比例59.78%;锅炉自产热量312265.8GJ，占总热量比例30.0%;烟气余热回收热量31494GJ，占总热量比例3.03%;热源热泵提供热量74904.6GJ，占总热量比例7.19%。

由此可知，该供热站2018-2019采暖季主要热量来源于热电联产调峰，相比于过去的采暖季，该供热站锅炉运行时间大大降低，锅炉自产提供的热量从100%降至30%，减少幅度在七成左右。在大量减少天然气使用、节约燃气成本的同时，由于热电联产调峰换热机组采用无人值守有人巡视的模式，也在一定程度上减少了锅炉及其附属设备的运行损耗及人力资源成本，为企业减少了相当大的经济成本支出。

4.1 经济效益

2018-2019采暖季，接收热电联产调峰输入热量622395GJ、地源热泵提供热量74904.6GJ，供热站绝大多数时间仅需启动1台锅炉调峰运行的模式，较少燃料成本约1040.8万元，同时减少了锅炉运行台数及运行时长，降低了燃气锅炉设备损耗和人工成本。通过燃气热水锅炉烟气冷凝热回收技术，可产生热量31494GJ，消耗燃气549100Nm3，消耗电量130085kwh，节能收益约为65.95万元。单采暖季151天（天津市2018-2019采暖季为11月1日-次年3月31日），可节约供热成本1106.75万元，具有非常可观的经济效益。

4.2 环保效益

2018-2019采暖季，通过热电联产调峰+锅炉烟气冷凝热回收+地热高效利用技术，对燃气鍋炉房进行有效补给，减少燃气使用量2115.07万Nm3，折合标煤2.53万吨，可减少CO2排放6.58万吨，减少SO2排放60.72kg，减少NOX排放17.71kg，具有相当可观的环保效益。

4.3 社会效益

2019年春节期间，由于热电厂节日期间电负荷受限，无法为热电联产供热管网输送足够的热量以满足供热需求。因此，适时启动该供热站设置的调峰首站对外输出功能，对外供热总计输出热量6008GJ，有效缓解热电厂节假日或机组故障造成的热量输出不足的情况，保证了广大热用户正常用热。同时，大型燃气锅炉房并入热电联产管网，极大了减少了天然气使用量，可以有效地缓解北方冬季天然气使用缺口，保证其他独立运行燃气热源的稳定运行，具有非常有效地社会效益。

5 结束语

多热源梯级联合供热技术提高了锅炉燃烧效率及清洁能源利用率，有效地保护了生态环境，同时对优化生态能源结构，提供良好的基础环境，大大减少了对百姓生活的环境污染。同时，当出现事故工况，热电厂或某一单一热源无法满足供热需求时，将按事故工况适时进行调节各种热源的输出比例，以最大限度减少由于热源厂或单一热源供热量的不足所造成的停热事故。这种多热源的联合供热技术的应用，收到到了理想的效果，在热源保障、节能降耗、安全环保等领域具有较高的经济效益、环境效益和社会效益[2]，为今后供热热源的规划和建设提供了指导和方向。

【参考文献】

[1]王海超.多热源联合供热系统调峰方式及综合优化研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013：1.

[2]汤庆国.北京集中供热系统多热源联网运行工况分析[J].2002.7.